Operações Unitárias Dois

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

OPERAÇÕES UNITÁRIAS EXPERIMENTAL II
(Operações envolvendo transferência de massa e calor)

2013.2

S U M Á R I O

1. Prática: Trocador de calor

I – Objetivo:

Determinar a taxa de transferência de calor e a influência do tipo de escoamento (paralelo ou contracorrente) entre dois fluidos que trocam calor entre si.

II – Fundamentação teórica:

A operação de troca de calor é bastante usada na indústria química, tendo por finalidade aquecer ou resfriar um determinado fluido usando um outro fluido seja mais frio seja mais quente do que o outro em questão.

Para se projetar um trocador de calor deve-se relacionar a taxa global de transferência de calor (q) a temperaturas de entrada e saída (T), o coeficiente global de transferência de calor (U) e a área superficial total de transferência de calor (A).

Considerando a troca de calor entre dois fluidos num trocador de calor, num determinado ponto do trocador, a taxa de transferência de calor pode ser expressa por:

(1)

q, U e T variam ao longo do trocador. U varia em conseqüência das modificações das propriedades físicas dos fluidos e do regime de escoamento, provocadas pela troca térmica. Resolvendo a equação anterior em termos da área vem: (2)

Se a transferência de calor entre o trocador e as vizinhanças for desprezível, assim como as modificações de energia potencial e cinética, aplicam-se os balanços globais de energia aos fluidos quente e frio, conforme está na Figura 1.
Figura 1. Balanço global de energia no fluido quente e no fluido frio de um trocador de calor com dois fluidos.
Se os fluidos não estiverem sofrendo uma mudança de fase, e se for aceita a hipótese de os calores específicos serem constantes, obtém-se as seguintes expressões:

e (3)